Наскоро американската сонда „Спирит“ завърши тест за лазерна комуникация в дълбокия космос с наземни съоръжения на 16 милиона километра разстояние, поставяйки нов рекорд за разстояние за оптична комуникация в космоса. И така, какви са предимствата на...лазерна комуникацияВъз основа на техническите принципи и изискванията на мисията, какви трудности трябва да преодолее? Каква е перспективата за приложението му в областта на изследването на дълбокия космос в бъдеще?
Технологични пробиви, без страх от предизвикателства
Изследването на дълбокия космос е изключително трудна задача в хода на космическите изследователи, изследващи Вселената. Сондите трябва да прекосяват далечно междузвездно пространство, да преодоляват екстремни среди и сурови условия, да събират и предават ценни данни, а комуникационните технологии играят жизненоважна роля.
Схематична диаграма налазерна комуникация в дълбокия космосексперимент между сателитната сонда Spirit и наземната обсерватория
На 13 октомври сондата Spirit изстреля, с което започна пътешествие на изследвания, което ще продължи поне осем години. В началото на мисията тя работи с телескопа Hale в обсерваторията Паломар в Съединените щати, за да тества технологията за лазерна комуникация в дълбокия космос, използвайки близко инфрачервено лазерно кодиране за комуникация на данни с екипи на Земята. За тази цел детекторът и неговото лазерно комуникационно оборудване трябва да преодолеят поне четири вида трудности. Съответно, проблемите с голямото разстояние, затихването и смущенията на сигнала, ограничението и забавянето на честотната лента, ограничението на енергията и разсейването на топлината заслужават внимание. Изследователите отдавна са предвидили и са се подготвили за тези трудности и са разработили серия от ключови технологии, полагайки добра основа за сондата Spirit да извършва експерименти за лазерна комуникация в дълбокия космос.
Преди всичко, детекторът Spirit използва технология за високоскоростно предаване на данни, избран лазерен лъч като предавателна среда, оборудван с...високомощен лазерпредавател, използвайки предимствата налазерно предаванескорост и висока стабилност, опитвайки се да установят лазерни комуникационни връзки в дълбокия космос.
Второ, за да подобри надеждността и стабилността на комуникацията, детекторът Spirit използва ефикасна технология за кодиране, която може да постигне по-висока скорост на предаване на данни в рамките на ограничената честотна лента чрез оптимизиране на кодирането на данните. В същото време, той може да намали процента на битови грешки и да подобри точността на предаване на данни, използвайки технологията за кодиране с предна корекция на грешките.
Трето, с помощта на интелигентна технология за планиране и управление, сондата реализира оптимално използване на комуникационните ресурси. Технологията може автоматично да регулира комуникационните протоколи и скоростите на предаване според промените в изискванията на задачата и комуникационната среда, като по този начин осигурява най-добри комуникационни резултати при условия на ограничена енергия.
И накрая, за да подобри възможностите за приемане на сигнала, сондата Spirit използва технология за многолъчево приемане. Тази технология използва множество приемащи антени, за да образуват решетка, което може да подобри чувствителността на приемане и стабилността на сигнала и след това да поддържа стабилна комуникационна връзка в сложната среда на дълбокия космос.
Предимствата са очевидни, скрити в тайната
Външният свят не е труден за установяване, челазере основният елемент от теста за комуникация в дълбокия космос на сондата Spirit, така че какви специфични предимства има лазерът, за да помогне за значителния напредък в комуникацията в дълбокия космос? Каква е мистерията?
От една страна, нарастващото търсене на масивни данни, изображения с висока резолюция и видеоклипове за мисии за изследване на дълбокия космос неминуемо ще изисква по-високи скорости на предаване на данни за комуникации в дълбокия космос. Предвид разстоянието за предаване на комуникации, което често „започва“ с десетки милиони километри, радиовълните постепенно стават „безсилни“.
Докато лазерната комуникация кодира информация на фотони, в сравнение с радиовълните, светлинните вълни в близката инфрачервена област имат по-тясна дължина на вълната и по-висока честота, което прави възможно изграждането на пространствена информационна „магистрала“ с по-ефективно и плавно предаване на информация. Тази точка е предварително потвърдена в ранните космически експерименти в ниска земна орбита. След предприемане на подходящи адаптивни мерки и преодоляване на атмосферните смущения, скоростта на предаване на данни на лазерната комуникационна система някога е била близо 100 пъти по-висока от тази на предишните комуникационни средства.
Време на публикуване: 26 февруари 2024 г.